OPTIMASI PARAMETER INPUT SELAMA PENYIMPANAN PEPAYA IPB 1 (Carica papaya L.) DENGAN JARINGAN SYARAF TIRUAN DAN ALGORITMA GENETIK
ISMI MAKHMUDAH EDRIS
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN OPTIMASI PARAMETER INPUT SELAMA PENYIMPANAN PEPAYA IPB 1 (Carica papaya L.) DENGAN JARINGAN SYARAF TIRUAN DAN ALGORITMA GENETIK
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh: ISMI MAKHMUDAH EDRIS F14104076 Dilahirkan pada tanggal 29 Juni 1986 Di Wonogiri, Jawa Tengah Tanggal Lulus,
Agustus 2008
Menyetujui,
Dr. Ir. Sutrisno, M. Agr Dosen Pembimbing Akademik I
Dr. Ir. Suroso, M. Agr Dosen Pembimbing Akademik II Mengetahui,
Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S. Ketua Departemen Teknik Pertanian
Ismi Makhmudah Edris. F14104076. Optimasi Parameter Input Selama Penyimpanan Pepaya IPB 1 (Carica papaya L.) dengan Jaringan Syaraf Tiruan dan Algoritma Genetik. Di bawah bimbingan Dr. Ir. Sutrisno, M. Agr dan Dr. Ir. Suroso, M. Agr. RINGKASAN Tuntutan pasar terhadap mutu produk buah-buahan akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya gaya hidup dan pendidikan masyarakat selaku konsumen. Konsumen akan semakin cermat dan spesifik dalam memilih suatu produk. Oleh karena itu, untuk memenuhi kebutuhan pasar dan menghasilkan buah segar dengan mutu bagus perlu dilakukan penanganan pasca panen yang tepat, terintegrasi, dan menggunakan teknik komputerisasi yang telah berkembang untuk kegiatan agribisnis. Salah satu komoditas agribisnis yang memiliki nilai ekonomi tinggi adalah pepaya. Hubungan antara parameter input penyimpanan dan parameter mutu bahan merupakan hubungan yang komplek karena seluruh parameter input penyimpanan pada dasarnya berpengaruh terhadap mutu bahan. Tujuan umum penelitian adalah optimasi parameter input selama penyimpanan buah pepaya IPB 1 (Carica papaya L.) menggunakan jaringan syaraf tiruan dan algoritma genetik. Jaringan Syaraf Tiruan (JST) digunakan sebagai teknik pendugaan hubungan parameter input dan parameter mutu pepaya. Berdasarkan keberagaman data maka disusun lima skenario. Optimasi struktur algoritma propagasi balik dilakukan dengan trial error iterasi, jumlah unit lapisan tersembunyi, konstanta momentum dan variasi unit input. Dari kelima skenario yang disusun, skenario dengan kinerja terbaik adalah skenario IV dengan struktur JST 3 lapisan: 3 unit pada lapisan input, 8 unit pada lapisan tersembunyi dan 2 unit pada lapisan output; pada iterasi 50 000; dengan konstanta parameter pembelajaran adalah: laju pembelajaran 0.6, konstanta momentum 0.6 dan konstanta sigmoid 1. Parameter input sebagai unit input adalah tingkat kematangan, suhu simpan dan lama simpan. Sedangkan parameter mutu sebagai unit output adalah TPT dan kekerasan. Skenario IV menunjukkan kinerja JST dengan nilai koefisien determinasi (R2) pelatihan 0.8984, 0.7668 dengan root mean square error 0.00241 dan R2 pengujian 0.3189 dan 0.431. Algoritma Genetik (AG) digunakan sebagai teknik optimasi parameter input untuk mencari pada set point parameter input berapa terjadi Total Padatan Terlarut (TPT) paling kecil, tingkat kekerasan paling besar dan masa simpan terpanjang selama penyimpanan. Dari running program AG diperoleh nilai TPT 8.810 obrix, kekerasan: 3.623 kgf sebagai parameter mutu, masa simpan: 182.503 jam, tingkat kematangan: 0% dan suhu simpan: 5 oC. Hal ini berarti, jika diinginkan terjadi minimisasi TPT, maksimisasi tingkat kekerasan dan masa simpan maka pepaya disimpan pada tingkat kematangan 0% dan suhu simpan 5 oC.
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Wonogiri, Jawa Tengah pada tanggal 29 Juni 1986 sebagai anak kedua dari pasangan Edris, B.A dan Tuti Trihatmi. Penulis menamatkan pendidikan dasar di SDN Manjung I pada tahun 1998, SMPN I Wonogiri pada tahun 2001, SMAN I Wonogiri pada tahun 2004 dan pada tahun yang sama penulis diterima di Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan memilih Bagian Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian pada tahun 2007. Penulis telah melaksanakan kegiatan Praktek Lapangan di Pusat Pelatihan dan
Kewirausahaan
Sampoerna,
Pandaan,
Jawa
Timur
dengan
judul
“Mempelajari Aspek Keteknikan Pertanian pada Integrated Farming System di Pusat pelatihan Kewirausahaan Sampoerna (Kajian Khusus pada Teknik Pasca Panen Hortikultura)” Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Petanian, penulis menyelesaikan skripsi dengan judul “Optimasi Parameter Input Selama Penyimpanan Pepaya IPB 1 (Carica papaya L.) dengan Jaringan Syaraf Tiruan dan Algoritma Genetik”.
Bogor, Agustus 2008 Penulis
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi berjudul “Optimasi Parameter Input Selama Penyimpanan Pepaya IPB 1 (Carica papaya L.) dengan Jaringan Syaraf Tiruan dan Algoritma Genetik” sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian. Tujuan penelitian ini adalah optimasi lingkungan mikro dan tingkat kematangan selama penyimpanan dingin buah pepaya IPB 1 (Carica papaya L.). Penyusunan skripsi tidak terlepas dari bantuan semua pihak yang telah memberikan ilmu, meluangkan waktu dan tenaganya di dalam penelitian ini baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dr. Ir. Sutrisno, M. Agr dan Dr. Ir. Suroso, M. Agr. sebagai dosen pembimbing atas bimbingan dan arahan dalam penyelesaian tugas akhir. 2. Sugiyono, STP., Msi, Enrico Saefullah, STP., Msi, dan Dr. Ir. Emmy Darmawati, M.Si sebagai tim proyek dan dosen penguji atas bimbingan dan arahan dalam penyelesaian tugas akhir. 3. Chusnul Arif, S.Tp atas kesediaannya memberikan source code program algoritma genetik. 4. Rekan-rekan satu tim dan satu topik penelitian atas kerjasama, motivasi dan seluruh ilmu dalam penyelesaian tugas akhir. 5. Eko dan Aulia yang telah memberikan petunjuk, motivasi dan bantuan selama satu bimbingan. 6. Sahabat (Vidy, Ananti, Daragantina, Nurul, Uchie dan Viana) yang telah memberi makna dan kehidupan di dalam persahabatan. 7. Ronal dan Udin yang selalu memberikan motivasi, kebijaksanaan dan segala bantuan dalam kondisi apapun. “Kita ingin merasakan sari pati hidup”-Andrea Hirata: Laskar Pelangi8. Keluarga Iswara (Eni, Rina, Lala, Wenny, Nona dan Ratih) yang telah menjadi keluarga selama penulis menyelesaikan tugas akhir.
9. Para pecinta VB (Yudhik dan Abud) atas segala bantuan dan ilmu programnya. 10. Keluarga TEP 41 yang selalu memberikan motivasi, bantuan dan pendewasaan pemikiran selama masa kuliah. 11. Bu Ros dan Bu Mar yang tak henti-hentinya membantu mahasiswa yang buta akan prosedur-prosedur penelitian sampai dengan wisuda kelak. 12. Keluarga besar Departemen Teknik Pertanian dan semua pihak yang telah membantu penulis yang tak mungkin bisa disebutkan satu persatu. Dan akhirnya, saya persembahkan karya tulis ini kepada orangtua, kakak dan adikku, kakak iparku, keluarga besar dan keluarga Subang. Terima kasih atas dorongan, motivasi dan doa yang tidak akan pernah lekang terhapus waktu. Penyusunan skripsi ini mungkin belum sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang konstruktif sangat penulis harapkan sebagai perbaikan.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ................................................................................................ viii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xii I. PENDAHULUAN .............................................................................................1 A. Latar Belakang .............................................................................................1 B. Tujuan ..........................................................................................................5 II. TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................6 A. Pepaya (Carica papaya L.) ..........................................................................6 B. Fisiologi Pasca Panen ...................................................................................8 C. Penyimpanan ................................................................................................9 D. Parameter Lingkungan Mikro Penyimpanan .............................................10 1. Kelembaban relatif ...............................................................................10 2. Suhu simpan .........................................................................................11 E. Parameter Mutu Buah ................................................................................12 1. Tingkat kematangan .............................................................................12 2. Kekerasan .........................................................................................13 3. Total padatan terlarut ...........................................................................14 4. Susut bobot .........................................................................................15 5. Warna .........................................................................................15 F. Jaringan Syaraf Tiruan ...............................................................................16 G. Algoritma Genetik......................................................................................23 III. METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................................27 B. Tahapan Penelitian .....................................................................................27 1. Persiapan penelitian dan studi pendahuluan ........................................27 2. Pengumpulan dan pemilihan data ........................................................27 3. Penyusunan skenario jaringan syaraf tiruan .........................................28 4. Optimasi arsitektur JST .....................................................................33 5. Modifikasi program algoritma genetik ................................................34 6. Optimasi dengan algoritma genetik .....................................................35 IV. Hasil dan Pembahasan .....................................................................................40 A. Skenario Pendugaan Mutu dengan Jaringan Syaraf Tiruan .......................40 1. Skenario I .............................................................................................41 2. Skenario II ............................................................................................48 3. Skenario III ..........................................................................................51 4. Skenario IV ..........................................................................................55 5. Skenario V............................................................................................58 B. Analisa Skenario ...............................................................................61 C. Algoritma Genetik ...............................................................................63
V. Kesimpulan dan Saran......................................................................................69 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................70 LAMPIRAN ...........................................................................................................74
DAFTAR TABEL Halaman 1. Komposisi nutrisi dan vitamin buah dan daun pepaya per 100 gram bahan ......7 2. Rekomendasi suhu, kelembaban relatif dan daya simpan buah tropik .............12 3. Data selang skenario I ......................................................................................29 4. Data selang skenario II .....................................................................................29 5. Data selang skenario III ....................................................................................30 6. Data selang skenario IV....................................................................................31 7. Data selang skenario V .....................................................................................32 8. Parameter inisiasi arsitektur setiap skenario ....................................................36
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Pepaya IPB 1 ......................................................................................................8 2. Model sederhana JST .......................................................................................17 3. Arsitektur propagasi balik ................................................................................21 4. Diagram alir AG ...............................................................................................24 5. Arsitektur jaringan syaraf tiruan skenario I ......................................................28 6. Arsitektur jaringan syaraf tiruan skenario II ....................................................30 7. Arsitektur jaringan syaraf tiruan skenario III ...................................................31 8. Arsitektur jaringan syaraf tiruan skenario IV ...................................................32 9. Arsitektur jaringan syaraf tiruan skenario V ....................................................33 10. Diagram alir tahapan penelitian........................................................................37 11. Grafik hubungan TPT antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pelatihan skenario I ......................................................................42 12. Grafik hubungan kekerasan antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pelatihan skenario I ...............................................................43 13. Grafik hubungan derajat kecerahan (L*) antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pelatihan skenario I .............................................43 14. Grafik hubungan derajat warna hijau (-a*) antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pelatihan skenario I .............................................43 15. Grafik hubungan derajat warna hijau (+b*) antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pelatihan skenario I .............................................44 16. Grafik hubungan laju konsumsi CO2 (ml/kg/jam) antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pelatihan skenario I ................................44 17. Grafik hubungan laju produksi O2 (ml/kg/jam) antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pelatihan skenario I ................................45 18. Grafik hubungan susut bobot (%) antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pelatihan skenario I .............................................45 19. Grafik hubungan TPT antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pengujian skenario I .....................................................................45 20. Grafik hubungan kekerasan antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pengujian skenario I ..............................................................46 21. Grafik hubungan derajat kecerahan (L*) antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pengujian skenario I ...............................46 22. Grafik hubungan derajat warna hijau (-a*) antara hasil pengukuran dengan pendugaan JST pada proses pengujian skenario I ............................................46
